신문은 선생님

지난 추석 연휴를 앞두고 한 가전업체의 일부 냉장고 제품이 소프트웨어 업데이트 이후 작동을 멈추는 현상이 발생했어요. 명절 음식을 준비하던 가정은 큰 불편함을 겪었어요. 회사가 테스트용 소프트웨어를 일부 제품에 잘못 배포한 것이 원인이었다고 해요.

이렇게 냉장고가 갑작스럽게 고장 났을 때 대처하는 방법 중 하나는 냉장고를 열지 않는 거예요. 냉장고는 '냉매(冷媒)'가 순환하면서 열기를 빼앗아 내부 온도를 내리고, 단열 성능을 갖춘 밀폐 구조로 냉기를 붙잡아두는 방식으로 작동합니다. 그러므로 냉장고가 고장 나더라도 외부의 따뜻한 공기가 들어오지 않게 하면 일정 시간 동안 냉기가 유지돼요.

'온도를 낮추는 물질'을 뜻하는 냉매는 내부의 열을 흡수해 외부로 운반하는 역할을 해요. 냉매 역할을 하는 것이 없었던 먼 옛날에는 주변을 시원하게 만들기 위해 얼음을 뒀어요. 하지만 얼음은 녹아 사라지고 말았죠.

냉각 효과를 유지하려면 열에너지를 흡수하면서도 얼음처럼 사라지지 않는 물질이 필요했어요. 냉매를 이용한 인공 냉각의 역사는 1748년 영국 과학자 윌리엄 컬런의 에틸에테르 실험으로 거슬러 올라갑니다. 그는 액체가 기체로 바뀌는 과정(기화)에서 주변의 열을 흡수한다는 원리를 이용했어요. 주사를 맞기 전 피부에 알코올을 바르면 금방 날아가며 피부가 시원해지는 것과 같은 원리죠.

컬런이 사용한 에틸에테르는 끓는점이 약 35도로 낮아 조금만 따뜻해도 쉽게 기체로 변하는 물질이었어요. 여기에 용기 안의 공기를 빼내(부분 진공) 압력을 낮추면 더 낮은 온도에서도 쉽게 기체로 날아갈 수 있었어요. 컬런은 이 방법으로 에틸에테르를 기화시켰고, 주변의 열을 빠르게 빼앗는 최초의 인공 냉장에 성공했어요.

이후 많은 이가 컬런의 실험을 바탕으로 냉장고 개발에 뛰어들었고, 영국 출신의 제임스 해리슨은 1851년 에테르를 냉매로 한 증기 압축식 냉장고를 선보였어요. 에테르가 코일을 통해 순환하며 기화와 액화를 반복하는 방식이었어요. 그는 국제 박람회에서 자신이 발명한 냉장고를 선보였고, 폭발적인 반응을 얻었어요.

그러나 에테르는 만약 누출되면 위험하다는 단점이 있었습니다. 불이 붙기 쉬운 인화성 물질이고, 사람이 흡입하면 심한 경우 의식을 잃을 수도 있어요. 그래서 냉매로 사용된 또 다른 물질은 암모니아였어요. 가격이 저렴하고 지구온난화에 미치는 영향이 작다는 장점도 있었어요. 다만 암모니아도 누출될 경우 호흡기나 눈을 다칠 위험이 있었습니다. 그렇게 1930년대부터 무색, 무취, 무독성의 프레온이 냉매로 사용됐어요. 프레온 냉매를 사용한 냉장고는 20세기 가정용 냉장고 보급과 함께 널리 사용됐으나, 프레온과 오존층 파괴의 연관성이 알려지면서 이소부탄이라는 냉매를 활용한 냉장고가 개발됐습니다.